[论文解读] A Numerical Study of Thermal-Hydraulic-Mechanical (THM) Simulation with the Application of Thermal Recovery in Fractured Shale Gas Reservoirs

HanYi Wang|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2017

Hydrocarbon exploration and reservoir analysis参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究提出了一种针对裂缝性页岩气藏的完全耦合热-流-力（THM）数值模型，整合了气体吸附、真实气体行为、纳米尺度流动及地质力学效应。结果表明，温度升高显著通过改变吸附特性来增强气体解吸和流动能力，为低渗透性页岩构造提供了可行的热采路径。

ABSTRACT

We presented a general multi-physics model for shale gas flow in fractured systems, first the first time, with fully coupled thermal-hydraulic-mechanical (THM) properties. The impact of gas adsorption, real gas properties, gas flow in nano-scale pore space and geomechanics effects on total gas flow capacity are investigated. We also showed that by elevating shale rock temperature, the characteristic of gas adsorption behavior can be substantially altered.

研究动机与目标

• 开发一个综合多物理场模型，整合裂缝性页岩气藏中的热、流和力效应。
• 研究气体吸附、真实气体特性及纳米尺度流动对总产气能力的影响。
• 评估温度升高对页岩气解吸行为及储层性能的影响。
• 评估热采作为低渗透性页岩构造中增强开采方法的可行性。

提出的方法

• 构建完全耦合的THM模型，以模拟裂缝性页岩系统中的传热、流体流动及岩石变形。
• 模型采用真实气体定律，考虑压力依赖的气体黏度和压缩性。
• 采用朗缪尔等温线模型描述吸附行为，并引入温度依赖的朗缪尔参数以反映热效应。
• 通过克努森扩散和过渡区滑脱流修正，模拟页岩基质中的纳米尺度流动。
• 通过应力依赖的渗透率和基质变形，纳入地质力学效应。
• 采用有限元法进行数值求解，通过迭代耦合热、流和力子问题。

实验结果

研究问题

• RQ1 温度升高在多大程度上影响页岩气藏中的气体解吸能力？
• RQ2 纳米尺度流动机制与真实气体行为在多大程度上影响裂缝性页岩中的总产气量？
• RQ3 热-流-力耦合作用如何改变储层渗透率和流动能力？
• RQ4 热刺激是否能显著提升低渗透性裂缝性页岩构造中的天然气采收率？

主要发现

• 提高页岩岩心温度显著改变气体吸附行为，增加解吸量并提升气体可流动性。
• 与理想化模型相比，包含真实气体效应和纳米尺度流动机制的模型预测产气速率更高。
• 加热引起的热膨胀和应力变化会改变裂缝开度和基质渗透率，从而影响流体运移。
• THM耦合作用导致气体流动能力呈现非线性响应，峰值增强效应出现在中等温度升高时。
• 模型表明，热采可通过克服传质限制，显著提升致密裂缝性页岩系统的天然气采收率。
• 温度依赖的吸附等温线显示气体吸附容量明显变化，验证了热刺激作为可行采收策略的有效性。